热管理系统和机动车辆的制作方法

本发明涉及一种热管理系统和一种具有这种热管理系统的机动车辆。

背景技术：

在混合动力电动车辆(例如所谓的插电式混合动力电动车辆(plug-inhybridelectricvehicle，phev))中，动力传动系统包含内燃发动机和电动马达的组合，其组合动力构成动力传动系统的总功率。随着电气化和相应的法律规定的增加，预计总功率中电动马达提供的比例将增加，而内燃发动机的重要性将减小。这是因为对在纯电动行驶模式下能够覆盖50km范围内的至少一个范围的车辆的需求。

电动驱动模式的增加意味着内燃发动机仅间歇地使用，例如增加动力需求。这再次意味着支持内燃发动机的系统(诸如例如发动机冷却系统、润滑系统、废气清洁系统等)冷却并且仅在有限制的情况下可用或者仅在内燃发动机的重新启动时不能充分地实现其功能。

增加的冷启动次数会导致更高的摩擦并且从而导致发动机过早磨损。而且，废气清洁系统的效果在冷态下是不令人满意的，即直到废气清洁系统达到起燃温度其效果才是令人满意的。总的来说，降低了内燃发动机的效率。

为了消除所述问题，de102011017764a1描述了一种用于具有内燃发动机的机动车辆的蓄热系统。借助于具有第一流体的填充回路，来自内燃发动机的废气的热能从催化转换器传递到蓄热介质。借助于具有第二流体的排出回路，可以根据需要再次提取存储在蓄热介质中的热能。排出回路可以构造为例如内燃发动机的冷却回路或油路，使得内燃发动机可以通过排出回路加热。可以使用潜热蓄热介质作为蓄热介质，该潜热蓄热介质在机动车辆的典型驾驶循环中实现的范围中具有从固态到液态的相变。

这种潜热蓄热介质的缺点是难以处理。由于相变，泵仅可在有限的温度范围内(即在潜热蓄热介质处于液体聚集状态的温度范围内)输送。而且，这些物质通常具有腐蚀作用，因此它们对环境构成风险，并且仅特定材料适合与潜热蓄热介质接触。

此外，由de102011017764a1已知的蓄热系统的效率相对较低，因为最初必须从排气到第一流体以及从第一流体到蓄热介质进行热传递，以及然后是从蓄热介质到第二流体的热传递。每次热传递都会降低整体效率。此外，催化转化器区域中的热量提取可以影响催化转化器的效率，因为这与温度有很大关系。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于指出可以至少部分地消除上述缺点的可行性。

该目的由独立权利要求的主题实现。从属权利要求包含根据本发明的解决方案的实施例变体。

本发明的基本构思是将热能储存在蓄热介质中并且在需要时使用储存的热能，例如，在重新启动内燃发动机时，用于加热支持系统(诸如发动机冷却系统、润滑系统、废气清洁系统等)。具有高蓄热容量的介质(优选地为潜热蓄热介质)用作蓄热介质。待在支撑系统中加热的介质与蓄热介质直接接触，以使与热传递相关的损失最小化。

由内燃发动机产生的热能可以用作热能的来源。该热能可以从废气流传递到蓄热介质。这具有的优点是废气流中包含的热能可以被利用并且不会被排放到环境中。另外，热能可以被供应到蓄热介质，因为该蓄热介质是电加热的。例如，如果混合动力电动车辆的牵引电池在充电站处充电，则可以进行这种电加热，从而可以从外部供应电能。

蓄热介质设置在密闭容器中，因此不需要在不同的腔之间运输(例如泵送)。因此可以避免蓄热介质不希望的释放。

整个蓄热系统形成为紧凑的布置，因此仅需要很小的安装空间，并且不需要额外的泵、管路、控制装置等。

根据本发明的热管理系统包含带有用于接收由内燃发动机产生的废气流的邻接的废气系统的内燃发动机、设置在密闭容器中的蓄热介质、设置在废气系统中用于直接热传递到容器的热传递装置以及通过另外的热传递装置热耦接到容器的热量提取介质。

蓄热介质用于存储由内燃发动机中的燃烧过程最初产生的热能。该热能在其产生之后，至少部分地进入废气系统，废气流的废气随之被加热。这里的废气系统是指位于内燃发动机下游的所有装置的全部，并且废气流流动通过该装置或者该装置与废气流接触，例如消声器、废气管路、诸如催化转换器等废气后处理装置。

蓄热介质设置在密闭容器中，其中容器不限于特定形式。容器的体积可以大于蓄热介质的体积，以允许蓄热介质的任何热膨胀。这确保了不释放蓄热介质(例如因为泄漏)并且不能对环境构成风险。优选地，容器由具有高导热率的材料制成，以便允许容器和容纳在其中的蓄热介质之间的良好热传导。

热传递装置设置在废气系统中用于直接热传递到容器。直接热传递意味着热能直接传递到容器而没有另外的介质参与传热过程的热传递。换句话说，热传递装置直接热耦接到蓄热介质的容器。

例如，热传递装置和容器可以直接彼此邻接。在一个实施例中，热传递装置可以配置为容器和废气系统的共用壁，例如，废气系统的排气管线的壁。

此外，根据本发明的热管理系统包含热量提取介质(例如，水或油)，其通过另外的热传递装置热耦接到容器。任选地，可以存在几种热量提取介质，每种热量提取介质都热耦接到容器。合适的热量提取介质可以例如是最初提到的支撑系统的介质。

热量提取介质用于从蓄热介质中提取热能。以这种方式，最初由内燃发动机产生的热能可以在需要时传递到热量提取介质，例如，在内燃发动机重启之前或重启时，以及例如用于加热内燃发动机。

同样，直接热耦接可以是优选的以便最小化热能损失。为此，另外的热传递装置可以配置为用于热量提取介质的容器的一部分。可选地，这种容器可以与蓄热介质的容器形成共同的壁，使得蓄热介质和热量提取介质仅通过一个容器壁彼此分离。

可选地，另外的热传递装置可以配置成使得用于热传递的接触区域扩大以允许更快的热传递。为此，另外的热传递装置可以例如设置有肋结构或包含热管。

根据本发明的热管理系统没有用于输送蓄热介质的泵装置。蓄热介质总是保持在密闭容器内的相同位置。因此，废气中包含的热能可以至少部分地进一步利用，即如果需要，用于加热热量提取介质。这又允许借助于热量提取介质对内燃发动机进行回火，从而可以减少内燃发动机和支撑系统上的磨损以及污染物排放。

根据各种实施例变体，热传递装置可以构造成用于从废气流到容器的直接热传递。为此，热传递装置可以设置在废气流和蓄热介质之间。例如，热传递装置可以被配置为废气管线的壁，其中废气流沿着废气管线流动，并且用于蓄热介质的容器设置成完全或部分地围绕废气管线。换句话说，容器可以被配置为填充有蓄热介质的排气管线的护套。

这允许从废气流传输热能，而不会例如直接影响催化转化器的功能。优选地，这种热传递装置可以设置在废气系统的末端，即所有废气后处理装置的下游，因为在该位置，废气流的温度降低是期望的或者至少不是不利的。

根据另外的实施例变体，热传递装置可以被配置为设置在废气系统中的催化转化器的壳体(例如金属壳体)，该壳体用于从催化转化器到容器的直接热传递。包含在废气流中的污染物的催化转化(例如氧化)可以释放额外的热能，因为这些反应通常是放热的。借助于热管理系统，除了已经包含在废气流中的热能(其也加热催化转化器)之外，该热能可以直接传递到蓄热介质，并且如需要也可以通过热量提取介质使用以加热内燃发动机。可选地，热管理系统可以集成在催化转化器的温度控制系统中，从而可以提供另一种可行性，以使催化转化器温度最佳地适应催化转化的要求。

根据另外的实施例变体，容器可以由热隔绝护套包围。热隔绝护套可以例如通过一层热隔绝材料形成或者作为双壁护套形成(可选地具有真空以形成真空绝缘)。护套可以与用于热量提取介质或媒介的容器以及热传递装置和废气系统的相应区域一起包围蓄热介质的容器，以尽可能避免向环境的热传递。有利地，这允许尽可能多地使用热能并且还使得蓄热介质的温度长时间保持恒定或者至少避免过快的冷却。因此，在内燃发动机已经关闭较长时间之后，可以提供足够的热能来重新加热内燃发动机和支撑系统。

根据进一步的实施例变体，蓄热介质可以是潜热蓄热介质。潜热蓄热介质可以优选地具有在大气压下20℃至600℃的温度范围内的用于相变的相变温度(例如，从固态到液态聚合态的相变)。这对应于通常在废气系统中存在的废气温度，并且因此也对应于传统的废气温度。因此，可以实现更高的蓄热容量，从而与没有相变的蓄热介质相比，可以存储更多的热能，而不需要显著增加蓄热介质的体积。

合适的潜热蓄热介质可以是例如盐或盐混合物，例如硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙的盐混合物。可以选择这种盐混合物的组成，使得在大气压下，作为相变温度的熔融温度在100℃至150℃的范围内，其后液态的盐混合物可以加热至高达600℃的温度，即达到催化转化器的最高工作温度，并且盐混合物在该温度下也保持化学稳定性。因此，正如比热容，来自从固态到液态的相变的潜热可用于存储热能。

根据另外的实施例变体，热管理系统还可以包含用于加热蓄热介质的电加热元件。该电加热元件可以用于独立于废气流加热蓄热介质，例如，如果外部电能通过这种热管理系统供应给车辆，例如当它在充电站中或在充电站处时为牵引电池充电。有利地，因此如果不能通过废气系统提供热量或热量不足(例如因为内燃发动机已经关闭较长时间或者由于外部温度较低，蓄热介质会迅速冷却)，也可以加热蓄热介质。

根据另外的实施例变体，热量提取介质可以是内燃发动机的冷却回路的冷却剂或内燃发动机的油回路的油。如果提供多个热量提取介质，例如可以提供内燃发动机的冷却回路的冷却剂和内燃发动机的油回路的油作为热量提取介质。通过从蓄热介质到该热量提取介质的热传递，可以加热内燃发动机并且减少磨损。因此，不需要任何其他介质作为热量提取介质或相关装置(例如罐子等)，因为使用现有的介质或媒介。

根据本发明的机动车辆包含如上所述的热管理系统。

根据各种实施例变体，机动车辆可以配置为插电式混合动力电动车辆(plug-inhybridelectricvehicle，phev)。由于除了电驱动之外，phev还具有用于在具有高功率需求的某些驾驶情况下至少短时间驾驶车辆的内燃发动机，废气热管理系统可以用于再加热内燃发动机和支撑系统,因此可以避免内燃发动机在冷态下的运行，并且可以减少内燃发动机的磨损和污染物的排放。

附图说明

从下面说明的示例性实施例和附图中可以明显看出本发明的其他优点。附图显示：

图1是根据本发明的热管理系统的示例性实施例(剖视图)；以及

图2是根据本发明的热管理系统的另一示例性实施例(剖视图)；以及

图3是根据本发明的热管理系统的另一示例性实施例(截面图)。

具体实施方式

尽管已经参考示例性实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中得出其他变型而不脱离本发明的保护范围。显然，除非另外特别指出，否则所描述的各种示例性实施例的特征可以彼此组合。

这些附图不一定适用于细节和比例，并且可以被放大或缩小以便提供更好的概述。因此，本文公开的功能细节不应被视为限制性的，而仅仅作为说明性基础，其为本领域技术人员提供了以各种方式使用本发明的基础。

图1中的描绘示出了根据本发明的热管理系统1的示例性实施例。热管理系统1具有内燃发动机2，废气系统3与内燃发动机2邻接并且接收由内燃发动机2产生的废气流4。

在废气系统3中设置有圆形横截面的壳体中的催化转化器10，其中壳体同时构成废气热管理系统1的热传递装置7。催化转化器10可以例如是氮氧化物存储催化剂、氧化催化剂或选择性催化还原催化剂(selectivecatalyticreduction，scr)。

热管理系统还包含在其中设置有蓄热介质6的密闭容器5。该示例性实施例中的蓄热介质6是硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙的盐混合物形式的潜热蓄热介质。或者，可以使用另一种蓄热介质6。

容器5配置为形成为催化转化器10的壳体的热传递装置7的护套，使得可以从热传递装置7到容器5的直接热传递是可行的。

热管理系统1还包含两个热量提取介质9a、9b，在该示例性实施例中，热量提取介质9a、9b是内燃发动机2的冷却回路的冷却剂和内燃发动机2的油路的油。热量提取介质9a、9b各自位于容器中，该容器配置为蓄热介质6的容器5的护套，并且每个容器具有入口和出口(参见箭头)。

蓄热介质6的容器5经由另外的热传递装置8(即用于这些的容器的壁)热耦合到热量提取介质9a、9b，使得热能可以从蓄热介质传递到热量提取介质9a、9b。

蓄热介质6的容器5与热量提取介质9a、9b和催化转化器10的容器一起被热隔绝护套11包围。该护套11在该示例性实施例中形成为内部真空的双壁。或者，隔绝护套11可以由一层绝热材料制成。

可选地，热管理系统1可以具有电加热元件(未示出)，其可以用于蓄热介质6的额外加热。

图2中的描绘示出了根据本发明的热管理系统1的替代实施例，其与图1中的实施例的不同之处在于，另外的热传递装置8设置有肋结构，以允许更有效的热传递，因为蓄热介质6的容器5与热量提取介质9a、9b之间的接触面积增大。

如果另外的热传递装置8包含热管，则可以实现蓄热介质6的容器5与热量提取介质9a、9b之间的进一步改善的热传递，如图3中的描绘所示。

上面说明的根据本发明的热管理系统1的示例性实施例变体可以用于例如机动车辆(例如插电式混合动力电动车辆)，使得内燃发动机2是机动车辆的内燃发动机。

这里在一系列两个或更多个元件中使用的表达“和/或”意味着所列出的每个元件可以单独使用，或者可以使用所列元件中的两个或更多个的任何组合。例如，如果描述的组合物含有组分a、b和/或c，则组合物可以含有单独的a、单独的b、单独的c、组合的a和b、组合的a和c、组合的b和c或a、b和c的组合。

参考附图标记列表

1热管理系统

2内燃发动机

3废气系统

4废气流

5容器

6蓄热介质

7热传递装置

8另外的热传递装置

9a、9b热量提取介质

10催化转化器

11护套